專利名稱：一種基于超磁致伸縮材料的激振檢振一體化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)損檢測(cè)和工程檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)是涉及一種基于超磁致伸縮材料的激振檢振一體化系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
彈性波層析成像技術(shù)又稱為彈性波CT技術(shù)，可分為聲波CT和地震波CT。該技術(shù)是利用彈性波在正常材料和缺陷(如蜂窩、不密實(shí)、離析或架空等)中傳播速度(主要指縱波速度)的差異，通過(guò)走時(shí)數(shù)據(jù)的拾取和計(jì)算機(jī)反演成像技術(shù)來(lái)重建介質(zhì)的速度分布圖像，進(jìn)而直觀地再現(xiàn)介質(zhì)內(nèi)部的精細(xì)結(jié)構(gòu)。隨著電子及計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，彈性波層析成像技術(shù)也在不斷成熟和完善，作為一門(mén)新穎的檢測(cè)技術(shù)，與常規(guī)波速測(cè)定相比，具有較高的分辨率，更有利全面細(xì)致的對(duì)被測(cè)物進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)，為波速成像開(kāi)拓了新的路徑，在混凝土厚度及內(nèi)部缺陷檢測(cè)、油氣輸送管道泄漏、錨桿錨固質(zhì)量檢測(cè)，木材彈性模量及缺陷檢測(cè)以及巖溶勘查、采空區(qū)探測(cè)等工程物探中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，并取得了顯著的效果。該技術(shù)使用不同數(shù)量的激振器和檢振器，同一時(shí)刻單個(gè)激振器激發(fā)，所有檢振器接受，形成一發(fā)多收的扇形透射，經(jīng)過(guò)不同位置的激振器激發(fā)，所有檢振器接受，將在被測(cè)區(qū)域形成致密的射線交叉網(wǎng)絡(luò)。按照激發(fā)與接收時(shí)間互換原理，每條射線彈性波旅行時(shí)間將被唯一確定，射線通過(guò)異常體時(shí)，將產(chǎn)生時(shí)間旅行差，當(dāng)多條致密交叉射線通過(guò)異常體時(shí)，就會(huì)對(duì)異常體的空間位置進(jìn)行唯一確定，然后再根據(jù)射線的疏密程度及成像精度的要求，在施測(cè)范圍內(nèi)劃分若干規(guī)則的成像單元，實(shí)現(xiàn)透視空間離散化，可認(rèn)為每個(gè)成像單元的介質(zhì)是均勻的，波速是單一的，通過(guò)對(duì)諸多成像單元波速的數(shù)學(xué)物理反演計(jì)算，可獲得異常體波速的展布形態(tài)。在彈性波檢測(cè)中，產(chǎn)生振源的激振器和拾取彈性波的檢波器是實(shí)現(xiàn)有效檢測(cè)的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的激振器一般是用手錘或力棒敲擊作為振源，但是這種方法力度不好把握，頻率也往往達(dá)不到要求。液壓式激振器價(jià)格較貴，體積較大。壓電式激振器中的壓電材料存在應(yīng)變小、能量低的問(wèn)題。目前，本技術(shù)領(lǐng)域中存在不足和問(wèn)題是(1)在彈性波CT檢測(cè)時(shí)需要多個(gè)激振器、檢振器才能將被測(cè)材料的整個(gè)速度場(chǎng)進(jìn)行層析成像，因此利用傳統(tǒng)分離式的激振、檢振裝置進(jìn)行彈性波CT檢測(cè)時(shí)，必然存在檢測(cè)設(shè)備數(shù)量多、檢測(cè)成本高的問(wèn)題。(2)激振/檢振器的控制部分獨(dú)立于激振、檢振器，整個(gè)檢測(cè)過(guò)程采用以計(jì)算機(jī)作為控制核心的有線控制方式，在檢測(cè)中，需要利用電纜將計(jì)算機(jī)與控制裝置、多個(gè)激振器、 多個(gè)檢振器連接，因此，存在安裝復(fù)雜、電纜布設(shè)成本高的問(wèn)題。(3)目前彈性波CT檢測(cè)采用單個(gè)激振器瞬時(shí)激振，所有檢振器同時(shí)檢振的方法， 雖然這種檢測(cè)方式簡(jiǎn)單、易行，但由于激振產(chǎn)生的瞬時(shí)彈性波頻率、幅度、相位等信息未知， 再經(jīng)存在缺陷的材料中傳播時(shí)，出現(xiàn)波的折射、反射、衍射等現(xiàn)象，造成檢振器檢測(cè)的彈性波信號(hào)在進(jìn)行信號(hào)處理時(shí)難度較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊，制造和使用成本低，便攜性能好，更便于操作和使用，提高檢測(cè)工作效率的基于超磁致伸縮材料的激振檢振一體化系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種基于超磁致伸縮材料的激振檢振一體化系統(tǒng)，由激振與檢振器結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)兩部分組成。所述激振與檢振器結(jié)構(gòu)包括偏置線圈1、激勵(lì)線圈2、檢振線圈3、線圈骨架 4、頂座5、電源開(kāi)關(guān)6、過(guò)線孔7、電源模塊8、激振檢振控制模塊的外設(shè)接口 9、激振檢振控制模塊10、外殼11、超磁致伸縮棒12、固定彈簧13、預(yù)壓彈簧14、端蓋15及沖擊桿16 ；其特征是所述線圈骨架、頂座用螺釘與外殼連接；線圈骨架上繞有檢振線圈、偏置線圈和激勵(lì)線圈；其中偏置線圈、激勵(lì)線圈分別為超磁致伸縮棒提供偏執(zhí)磁場(chǎng)和激勵(lì)磁場(chǎng)；所述頂座與外殼之間安裝激振檢振控制模塊與電源模塊；所述超磁致伸縮棒連接在沖擊桿的定位槽中，沖擊桿與端蓋之間裝預(yù)壓彈簧，沖擊桿與線圈骨架之間裝固定彈簧，并且沖擊桿與端蓋之間通過(guò)預(yù)壓彈簧形成懸架結(jié)構(gòu)；所述端蓋用螺紋連接外殼；所述激振檢振控制模塊通過(guò)過(guò)線孔將信號(hào)線與檢振線圈、激勵(lì)線圈相連；所述電源模塊的電源線同樣通過(guò)線圈骨架和上頂桿的過(guò)線孔與偏置線圈相連，并直接為偏置線圈供直流電。所述激振與檢振器控制系統(tǒng)包括兩個(gè)部分激振檢振控制電路27和外部的電腦 28 ；其中所述激振檢振控制電路包括檢振線圈3、限幅器17、適配放大器18、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器19、記憶單元20、無(wú)線傳輸模塊22、微處理器單元23、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器24、功率放大器 25、激勵(lì)線圈2及現(xiàn)場(chǎng)總線通信模塊21 ；所述微處理器單元經(jīng)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器、功率放大器與激勵(lì)線圈相接，并將微處理器單元的輸出控制信號(hào)經(jīng)功率放大后給激勵(lì)線圈；所述微處理器單元經(jīng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、適配放大器及限幅器與檢振線圈相接；并由檢振線圈采集到檢測(cè)信號(hào)經(jīng)限幅、適配放大和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換后輸入微處理器單元；所述微處理器單元還連接記憶單元、現(xiàn)場(chǎng)總線通信模塊及無(wú)線傳輸模塊；所述外設(shè)接口 9是現(xiàn)場(chǎng)總線通信模塊的外設(shè)接口，外設(shè)接口與電腦等控制設(shè)備掛接在現(xiàn)場(chǎng)總線上；所述電源模塊(8)為限幅器、適配放大器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、微處理器單元、記憶單元、現(xiàn)場(chǎng)總線通信模塊、無(wú)線傳輸模塊、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器、功率放大器的提供電源，并且與偏置線圈相連并直接為偏置線圈供直流電。所述無(wú)線傳輸模塊由激振檢振控制電路的無(wú)線收發(fā)模塊和電腦的無(wú)線收發(fā)模塊組成。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較，其突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的優(yōu)點(diǎn)是(1)本發(fā)明將激振與檢振器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了集成，這樣可以大大減少檢測(cè)設(shè)備的數(shù)量、 降低檢測(cè)成本，同時(shí)與現(xiàn)有分離的激振、檢振器技術(shù)相比，在靈活性和便攜性上具有較大的突破。(2)本發(fā)明將激振、檢振控制系統(tǒng)與激振、檢振結(jié)構(gòu)一體化、利用無(wú)線、有線兩種方式與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)、指令的通信，當(dāng)進(jìn)行大功率激振時(shí)，采用有線方式連接，利用現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行外部供電同時(shí)實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的有線通信，當(dāng)進(jìn)行正常小功率激振、檢振時(shí)，采用無(wú)線方式通信，這樣在檢測(cè)過(guò)程中就大大減小了電纜布設(shè)費(fèi)用、降低了安裝的復(fù)雜度。與傳統(tǒng)的檢測(cè)系統(tǒng)相比，可以顯著提高檢測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。(3)本發(fā)明可控振源的激振器，即激振產(chǎn)生的彈性波信號(hào)的頻率、方式、相位等信息已知，因此在處理檢振器拾取的彈性波信號(hào)時(shí)，這些信息就為彈性波信號(hào)處理提供了可靠的參考標(biāo)準(zhǔn)，大大降低了信號(hào)處理的難度，提高了檢測(cè)精度。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的控制系統(tǒng)原理框圖。圖3為本發(fā)明的控制系統(tǒng)流程圖。圖中偏置線圈1、激勵(lì)線圈2、檢振線圈3、線圈骨架4、頂座5、電源開(kāi)關(guān)6、過(guò)線孔7、電源模塊8、外設(shè)接口 9、激振與檢振控制模塊10、外殼11、超磁致伸縮棒12、固定彈簧 13、預(yù)壓彈簧14、端蓋15和沖擊桿16。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明一種基于超磁致伸縮材料的激振檢振一體化系統(tǒng)由激振與檢振器結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)兩部分組成。其中1、激振與檢振器結(jié)構(gòu)圖1所示，激振與檢振器結(jié)構(gòu)，它包括偏置線圈1、激勵(lì)線圈2、檢振線圈3、線圈骨架4、頂座5、電源開(kāi)關(guān)6、過(guò)線孔7、電源模塊8、外設(shè)接口 9、激振檢振控制模塊(即激振檢振控制電路板)10、外殼11、超磁致伸縮棒12、固定彈簧13、預(yù)壓彈簧14、端蓋15和沖擊桿 16 ；所述線圈骨架4、頂座5用螺釘與外殼11連接；線圈骨架4上繞有偏置線圈1、激勵(lì)線圈2和檢振線圈3 ；其中所述頂座5與外殼11之間安裝激振檢振控制模塊10與電源模塊 (電池)8 ；所述超磁致伸縮棒12連接在沖擊桿16的定位槽中，沖擊桿與端蓋之間裝預(yù)壓彈簧14，沖擊桿16與線圈骨架之間裝固定彈簧13，并且沖擊桿16與端蓋之間通過(guò)預(yù)壓彈簧形成懸架結(jié)構(gòu)；所述端蓋15用螺紋連接外殼11，并可用來(lái)調(diào)節(jié)沖擊桿16對(duì)超磁致伸縮棒 12預(yù)壓力大??；所述激振檢振控制模塊10通過(guò)過(guò)線孔7將信號(hào)線與檢振線圈、激勵(lì)線圈相連。所述外設(shè)接口 9 (可采用航空接頭)與控制系統(tǒng)的電腦等外部設(shè)備掛接在同一條現(xiàn)場(chǎng)總線上。偏置線圈1、激勵(lì)線圈2分別為超磁致伸縮棒提供偏置磁場(chǎng)和激勵(lì)磁場(chǎng)。所述電源模塊的電源線同樣通過(guò)線圈骨架和上頂桿的過(guò)線孔與偏置線圈相連，并直接為偏置線圈供直流電。用偏置線圈產(chǎn)生偏置磁場(chǎng)，用激勵(lì)線圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。通過(guò)調(diào)節(jié)線圈中流過(guò)的電流即可方便地調(diào)節(jié)偏置磁場(chǎng)和驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)的大小。超磁致伸縮棒在方向相反的磁場(chǎng)作用下， 應(yīng)變方向不會(huì)改變，因此若僅加一個(gè)交變磁場(chǎng)，超磁致伸縮棒的機(jī)械運(yùn)動(dòng)頻率將為交變磁場(chǎng)的兩倍，這種現(xiàn)象稱為“倍頻”效應(yīng)。為了使超磁致伸縮棒機(jī)械運(yùn)動(dòng)的頻率等于交變磁場(chǎng)的頻率，避免“倍頻”現(xiàn)象，就必須再加一個(gè)稱為偏置磁場(chǎng)的直流磁場(chǎng)。激勵(lì)線圈2使超磁致伸縮棒產(chǎn)生激振動(dòng)作，其原理是磁致伸縮效應(yīng)(焦耳效應(yīng))， 磁致伸縮效應(yīng)指當(dāng)磁性體的磁化狀態(tài)改變時(shí)，其長(zhǎng)度或體積會(huì)發(fā)生微小的變化，超磁致伸縮棒12通過(guò)偏置線圈1提供恒定的磁場(chǎng)，當(dāng)外加激勵(lì)線圈2電流變化時(shí)，超磁致伸縮棒所處磁場(chǎng)會(huì)發(fā)生變化，超磁致伸縮棒12會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，從而產(chǎn)生激振的動(dòng)作。檢振線圈3是一種磁致伸縮的檢振線圈，用于實(shí)現(xiàn)檢振功能，其原理是超磁致伸縮材料存在逆磁致伸縮效應(yīng)，即超磁致伸縮材料受到外界壓力作用時(shí)，材料內(nèi)部的磁化狀態(tài)會(huì)沿著力的方向發(fā)生變化。檢振線圈3由于電磁感應(yīng)，產(chǎn)生了表示一定振動(dòng)信息的感應(yīng)電壓。所述的偏置線圈、激勵(lì)線圈和超磁致伸縮棒組成激振模塊。所述檢振線圈和超磁致伸縮棒組成檢振模塊。2、控制系統(tǒng)部分圖2所示，激振與檢振器控制系統(tǒng)原理框圖。該激振與檢振器控制系統(tǒng)包括兩個(gè)部分激振檢振控制電路27和外部的電腦28。激振檢振控制電路27包括檢振線圈3、限幅器17、適配放大器(如程控放大器、儀用放大器、PGA) 18、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A/D converter) 19、微處理器單元(如MCU) 23、記憶單元(如FLASH、EEPR0M等)20、無(wú)線傳輸模塊22、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(D/A converter) 24、功率放大器(如音頻放大器)25、激勵(lì)線圈2及現(xiàn)場(chǎng)總線通信模塊21。所述微處理器單元23經(jīng)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器24、功率放大器25與激勵(lì)線圈2相接，并將微處理器單元23的輸出控制信號(hào)經(jīng)功率放大后給激勵(lì)線圈2 ；所述微處理器單元23經(jīng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器19、適配放大器18及限幅器17與檢振線圈3相接；并由檢振線圈采集到檢測(cè)信號(hào)經(jīng)限幅、適配放大和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換后輸入微處理器單元23 ；所述微處理器單元23還連接記憶單元20并設(shè)有外設(shè)接口 9 ；所述外設(shè)接口 9是數(shù)據(jù)總線CAN通信模塊21的外設(shè)接口，外設(shè)接口與外部控制設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)總線相連，若外設(shè)接口與電腦控制設(shè)備直接連接時(shí)，可實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)的可控激振、檢振；若外設(shè)接口與電腦控制設(shè)備、多個(gè)本發(fā)明裝置連接在同一條現(xiàn)場(chǎng)總線相連上，可實(shí)現(xiàn)彈性波CT多節(jié)點(diǎn)有線檢測(cè)。所述無(wú)線傳輸模塊22由激振檢振控制電路27的無(wú)線收發(fā)模塊和電腦28的無(wú)線收發(fā)模塊組成。電源模塊8為限幅器17、適配放大器18、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器19、微處理器單元23、記憶單元20、現(xiàn)場(chǎng)總線通信模塊21、無(wú)線傳輸模塊22、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器24、功率放大器25提供電源。電源模塊8擬采用亞硫酸氯鋁電池供電，當(dāng)彈性波CT成像過(guò)程采用無(wú)線方式傳輸指令和數(shù)據(jù)時(shí)，電源模塊8為激振檢振控制電路27及偏置線圈1提供電源，如需大功率激振(如混凝土、橋墩缺陷檢測(cè))，電源模塊8無(wú)法提供大電流，需要采用有線方式，利用現(xiàn)場(chǎng)總線供電，同時(shí)完成與電腦的通信。檢振線圈3用于實(shí)現(xiàn)檢振功能，在彈性波CT檢測(cè)中，激振器在被測(cè)材料表面激發(fā)出彈性波后，被測(cè)材料表面出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象，本發(fā)明中的激振與檢振器安裝在被測(cè)材料表面， 彈性波傳播到檢振點(diǎn)時(shí)，沖擊桿16開(kāi)始振動(dòng)，并擠壓超磁致伸縮棒12，在偏置線圈1提供的恒定磁場(chǎng)中，出現(xiàn)磁場(chǎng)的變化，檢振線圈3由于電磁感應(yīng)開(kāi)始輸出表示一定振動(dòng)信息的電壓信號(hào)。限幅器17，提供瞬態(tài)或短時(shí)間過(guò)載的保護(hù)，避免因大的發(fā)射功率、直流電壓瞬變或靜電放電導(dǎo)致內(nèi)部器件損壞。其原理是限幅器由非線性限幅器件和帶通濾波器組成，非線性限幅器件將超過(guò)限幅電平的那部分幅度切去，然后經(jīng)帶通濾波器濾出其基波分量，使輸出電壓頻率與輸入電壓頻率保持一致。彈性波在介質(zhì)中傳播時(shí)隨距離的變化會(huì)發(fā)生變化，安裝在材料表面的檢振器節(jié)點(diǎn)，在不同位置上拾取的振動(dòng)強(qiáng)度是不同的，相應(yīng)的電壓輸出是不同的。為了提高模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器19采樣精度，滿足采樣的電壓輸入范圍，需要適配放大器18將不同的電壓信號(hào)進(jìn)行合理放大，盡量達(dá)到滿量程的一半以上。模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器19，用于將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電腦可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。記憶單元20與微處理器單元23連接，為了減小微處理器單元23的運(yùn)算量，檢測(cè)系統(tǒng)采用后處理方式，即先將模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器19采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到記憶單元20，當(dāng)設(shè)定的采集時(shí)間結(jié)束后，將所有數(shù)據(jù)發(fā)送到外部的電腦26，在電腦系統(tǒng)26上實(shí)現(xiàn)速度場(chǎng)的層析成像。微處理器單元23是激振檢振一體化控制系統(tǒng)27的控制核心部件，它與模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器19、記憶單元20、現(xiàn)場(chǎng)總線通信模塊21、無(wú)線傳輸模塊22、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器24、及限幅器17、適配放大器18和功率放大器25連接。它用于實(shí)現(xiàn)激振、檢振、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、參數(shù)配置的功能?，F(xiàn)場(chǎng)總線通信模塊21、無(wú)線傳輸模塊22實(shí)現(xiàn)微處理器單元23與電腦26的有線、 無(wú)線兩種通信。微處理器單元23開(kāi)辟了現(xiàn)場(chǎng)總線通信模塊21、無(wú)線傳輸模塊22的緩存 RAM,電腦26發(fā)送的命令自動(dòng)存儲(chǔ)到相應(yīng)傳輸方式下的緩存RAM中，微處理器單元23通過(guò)讀取緩存RAM，執(zhí)行相應(yīng)的操作。在彈性波CT檢測(cè)中，為了解決瞬時(shí)激振時(shí)振源信息未知的問(wèn)題，同時(shí)滿足不同場(chǎng)合下(混凝土、木材、采空區(qū)等)激振的要求，超磁致伸縮棒12需要產(chǎn)生激振方式、頻率、幅度、時(shí)間可控制的彈性波信號(hào)。為此，用戶通過(guò)電腦26將需要的激振方式(如正弦信號(hào)、 脈沖信號(hào)、指數(shù)信號(hào)、脈沖指數(shù)調(diào)制的正弦信號(hào)等)、頻率、幅度、時(shí)間發(fā)送給微處理器單元 23，微處理器單元23通過(guò)讀取緩存RAM，向數(shù)模轉(zhuǎn)換器24端口輸出相應(yīng)頻率、方式的數(shù)字信號(hào)。數(shù)模轉(zhuǎn)換器24將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬電流信號(hào)，通過(guò)功率放大器25將輸出信號(hào)的幅度放大到參數(shù)配置的要求，經(jīng)激勵(lì)線圈2使超磁致伸縮棒12產(chǎn)生相應(yīng)的激振信號(hào)。如圖3所示，控制系統(tǒng)軟件流程圖本發(fā)明一種基于超磁致伸縮材料的激振檢振一體化系統(tǒng)的整個(gè)檢測(cè)過(guò)程默認(rèn)是無(wú)線方式傳輸，如果掛接在現(xiàn)場(chǎng)總線通信模塊上，自動(dòng)選擇為有線方式。有線方式傳輸過(guò)程與無(wú)線方式相似。該激振檢振一體化系統(tǒng)加電后，配置在芯片中的配置文件自動(dòng)加載到微處理單元 23中。加載完畢后，微處理單元23開(kāi)始判斷片內(nèi)無(wú)線傳輸緩存RAM的empty信號(hào)端是否使能，當(dāng)empty信號(hào)端為高電平時(shí)，說(shuō)明緩存RAM為空，電腦26沒(méi)有發(fā)送指令，微處理單元23 繼續(xù)判斷empty信號(hào)端，當(dāng)empty信號(hào)端變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，說(shuō)明緩存RAM出現(xiàn)了數(shù)據(jù)，電腦26 已經(jīng)發(fā)送指令，微處理單元23開(kāi)始讀取緩存RAM的內(nèi)容。無(wú)線傳輸模塊發(fā)送的指令包括模式選擇和配置參數(shù)兩方面。模式選擇包括激振模式和檢振模式；配置參數(shù)包括激振模式下信號(hào)發(fā)生方式(正弦信號(hào)、脈沖信號(hào)、指數(shù)信號(hào)、脈沖指數(shù)調(diào)制的正弦信號(hào))、功率放大倍數(shù)、定時(shí)激振時(shí)間，檢振模式下適配放大倍數(shù)、 定時(shí)檢振時(shí)間、限幅電壓。微處理器單元23通過(guò)讀取無(wú)線傳輸緩存RAM，執(zhí)行相應(yīng)的指令。當(dāng)判斷為激振模式后，微處理單元23進(jìn)一步根據(jù)無(wú)線傳輸發(fā)送的配置參數(shù)，對(duì)定時(shí)器、DDS、功率放大器進(jìn)行初始化。定時(shí)器是微處理單元23內(nèi)部生成的模塊，用于設(shè)定激振器的激振時(shí)間，DDS是直接數(shù)字式頻率合成器(Direct Digital Synthesizer)的英文縮寫(xiě)，是微處理器單元23 內(nèi)部生成的模塊，可以生成正弦信號(hào)、脈沖信號(hào)、指數(shù)信號(hào)、脈沖指數(shù)調(diào)制的正弦信號(hào)等各種方式的數(shù)字信號(hào)，通過(guò)軟件設(shè)置，完成定時(shí)器定時(shí)時(shí)間、DDS信號(hào)發(fā)生方式、功率放大器 25放大倍數(shù)的設(shè)置。設(shè)置成功后，定時(shí)器、DDS、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器24、功率放大器25、超磁致伸縮棒的激勵(lì)線圈2同時(shí)啟動(dòng)，進(jìn)行激振器的激振，同時(shí)微處理器單元23實(shí)時(shí)判斷定時(shí)器的定時(shí)是否結(jié)束，當(dāng)判斷定時(shí)未結(jié)束時(shí)，繼續(xù)執(zhí)行激振操作，當(dāng)判斷定時(shí)結(jié)束后，激振動(dòng)作停止，并清除無(wú)線傳輸緩存RAM的內(nèi)容，返回到無(wú)線傳輸緩存RAM的empty信號(hào)端的判斷狀態(tài)。 當(dāng)微處理單元32判斷為檢振模式后，微處理單元23進(jìn)一步根據(jù)無(wú)線傳輸發(fā)送的配置參數(shù)，對(duì)定時(shí)器、限幅器17限幅電壓、適配放大器18放大倍數(shù)進(jìn)行設(shè)置。當(dāng)設(shè)置成功后，限幅器17、適配放大器18、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器19同時(shí)啟動(dòng)，開(kāi)始對(duì)檢振線圈3拾取的彈性波進(jìn)行采集。為了減小數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量及向電腦系統(tǒng)26的數(shù)據(jù)傳輸量，在微處理器內(nèi)部設(shè)定閾值，當(dāng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器19采集到得數(shù)據(jù)值大于設(shè)定閾值時(shí)，定時(shí)器定時(shí)功能以及記憶單元20開(kāi)始啟動(dòng)，進(jìn)行彈性波的采集、存儲(chǔ)。同時(shí)微處理器單元23實(shí)時(shí)判斷定時(shí)器的定時(shí)是否結(jié)束，當(dāng)判斷定時(shí)未結(jié)束時(shí)，繼續(xù)執(zhí)行檢振操作，當(dāng)判斷定時(shí)結(jié)束后，檢振動(dòng)作停止，并清除無(wú)線傳輸緩存RAM的內(nèi)容，返回到無(wú)線傳輸緩存RAM的empty信號(hào)端的判斷狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種基于超磁致伸縮材料的激振檢振一體化系統(tǒng)，由激振與檢振器結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)兩部分組成；所述激振與檢振器結(jié)構(gòu)包括偏置線圈(1)、激勵(lì)線圈(2)、檢振線圈(3)、線圈骨架(4)、頂座(5)、過(guò)線孔(7)、電源模塊(8)、激振檢振控制模塊的外設(shè)接口(9)、激振檢振控制模塊(10)、外殼(11)、超磁致伸縮棒(12)、固定彈簧(13)、預(yù)壓彈簧(14)、端蓋(15) 及沖擊桿(16)；其特征是所述線圈骨架、頂座用螺釘與外殼連接；線圈骨架上繞有檢振線圈、偏置線圈和激勵(lì)線圈；其中偏置線圈、激勵(lì)線圈分別為超磁致伸縮棒提供偏執(zhí)磁場(chǎng)和激勵(lì)磁場(chǎng)；所述頂座與外殼之間安裝激振檢振控制模塊與電源模塊；所述超磁致伸縮棒連接在沖擊桿的定位槽中，沖擊桿與端蓋之間裝預(yù)壓彈簧，沖擊桿與線圈骨架之間裝固定彈簧，并且沖擊桿與端蓋之間通過(guò)預(yù)壓彈簧形成懸架結(jié)構(gòu)；所述端蓋用螺紋連接外殼；所述激振檢振控制模塊通過(guò)過(guò)線孔將信號(hào)線與檢振線圈、激勵(lì)線圈相連；所述電源模塊的電源線同樣通過(guò)線圈骨架和上頂桿的過(guò)線孔與偏置線圈相連，并直接為偏置線圈供直流電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于超磁致伸縮材料的激振檢振一體化系統(tǒng)，其特征是所述激振與檢振器控制系統(tǒng)包括兩個(gè)部分激振檢振控制電路(27)和外部的電腦(28)； 其中所述激振檢振控制電路(27)包括檢振線圈(3)、限幅器(17)、適配放大器(18)、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(19)、記憶單元(20)、無(wú)線傳輸模塊(22)、微處理器單元(23)、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器 (24)、功率放大器(25)、激勵(lì)線圈(2)及場(chǎng)總線通信模塊(21)；所述微處理器單元經(jīng)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器、功率放大器與激勵(lì)線圈(2)相接，并將微處理器單元的輸出控制信號(hào)經(jīng)功率放大后給激勵(lì)線圈；所述微處理器單元經(jīng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、適配放大器及限幅器與檢振線圈相接；并由檢振線圈采集到檢測(cè)信號(hào)經(jīng)限幅、適配放大和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換后輸入微處理器單元；所述微處理器單元還連接記憶單元、現(xiàn)場(chǎng)總線通信模塊及無(wú)線傳輸模塊；所述微處理器單元還連接記憶單元并設(shè)有外設(shè)接口(9)；所述外設(shè)接口是現(xiàn)場(chǎng)總線通信模塊的外設(shè)接口，外設(shè)接口與電腦及控制設(shè)備連接在同一條現(xiàn)場(chǎng)總線上；所述電源模塊(8)為限幅器、適配放大器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、微處理器單元、記憶單元、 現(xiàn)場(chǎng)總線通信模塊、無(wú)線傳輸模塊、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器、功率放大器提供電源，并直接為偏置線圈提供電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于超磁致伸縮材料的激振檢振一體化系統(tǒng)，其特征是所述無(wú)線傳輸模塊(22)由激振檢振控制電路(27)的無(wú)線收發(fā)模塊和電腦(28)的無(wú)線收發(fā)模塊組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于超磁致伸縮材料的激振檢振一體化系統(tǒng)，由激振與檢振器結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)兩部分組成；激振與檢振器結(jié)構(gòu)包括偏置線圈、激勵(lì)線圈、檢振線圈、線圈骨架、頂座、過(guò)線孔、電源模塊、外設(shè)接口、激振檢振控制模塊、外殼、超磁致伸縮棒、固定彈簧、預(yù)壓彈簧、端蓋及沖擊桿；主要特點(diǎn)是將激振檢振一體化，偏置線圈、激勵(lì)線圈分別為超磁致伸縮棒提供偏執(zhí)磁場(chǎng)和激勵(lì)磁場(chǎng)；頂座與外殼之間安裝激振檢振控制模塊與電源模塊；沖擊桿與端蓋之間通過(guò)預(yù)壓彈簧形成懸架結(jié)構(gòu)，端蓋用螺紋連接外殼；本發(fā)明減少檢測(cè)設(shè)備的數(shù)量、使用靈活和便于攜帶，測(cè)試交變應(yīng)力范圍大，靈敏度和響應(yīng)快，檢測(cè)精度高。
文檔編號(hào)G01N29/12GK102353721SQ20111025596
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者姚金杰, 張丕狀, 李劍, 蘇新彥, 邢磊, 韓焱 申請(qǐng)人:中北大學(xué)